BÁO cáo THỰC tập cơ bản đề tài THIẾT kế MẠCH IN BẰNG PHẦN mềm ORCAD MẠCH DAO ĐỘNG DỊCH PHA RC

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

****o0o****

BÁO CÁO THỰC TẬP CƠ BẢN
Đề tài:
THIẾT KẾ MẠCH IN BẰNG PHẦN MỀM ORCAD
MẠCH DAO ĐỘNG DỊCH PHA RC
Giảng viên hướng dẫn: THS. VŨ HỒNG VINH
Sinh viên thực hiện:

Nguyễn Phương Linh

MSSV:

20206203

Lớp:

CTTN Kỹ thuật Điện tử - Viễn thông
Hà Nội, tháng 11 năm 2021


MỤC LỤC
Giới thiệu về mạch dao động dịch pha RC...............................................................................................3
1.

Giới thiệu chung...............................................................................................................................3

2.

Nguyên lý hoạt động........................................................................................................................3

3.

Đánh giá...........................................................................................................................................4

Thiết kế mạch nguyên lý............................................................................................................................6
1.

Tạo file nguyên lý.............................................................................................................................6

2.

Thêm thư viện và linh kiện vào mạch nguyên lý..............................................................................7

3.

Đi dây linh kiện..............................................................................................................................11

4.

Kiểm tra và chuẩn bị cho file PCB.................................................................................................12

Thiết kế mạch in PCB..............................................................................................................................14
1.

Tạo file PCB...................................................................................................................................14

2.

Thêm footprint cho linh kiện và đi dây...........................................................................................15

3.

Phủ đồng và làm đường biên..........................................................................................................21

Kết luận.....................................................................................................................................................24
1.

Những điều đã học được.................................................................................................................24

2.

Những điều cịn thiếu sót................................................................................................................24

3.

Lời cảm ơn và cam kết...................................................................................................................24

Tài liệu tham khảo....................................................................................................................................25


Giới thiệu về mạch dao động dịch pha RC
1. Giới thiệu chung
Mạch dao động là mạch có khả năng chuyển đổi năng lượng từ DC sang AC. Có nhiều
loại mạch dao động tạo ra các dạng song tín hiệu khác nhau như hình sin, vng, tam giác,.. Ở
bài này, em đề cập tới mạch dao động dịch pha RC – Một loại mạch dao động tạo sóng hình
sin và tần số dao động của mạch phụ thuộc vào thông số của phần tử R và C, thường được sử
dụng ở tần số thấp. Có nhiều cách mắc mạch dao động dịch pha RC như dùng JFET hay Op

Amp, BJT. Trong nội dung báo cáo này, em sẽ đề cập tới cách dùng BJT

2. Nguyên lý hoạt động
Mạch dao động tạo song sin có nguyên tắc hoạt động chung: gồm 2 khâu, khâu 1 là khâu
khuếch đại đóng vai trị duy trì dao động và khối 2 là khâu chọn lọc tần số dao động. Mạch
dao động dịch oha RC cũng có 2 khâu như vậy và gồm 2 khối: Khối khuếch đại đảo + khối hồi
tiếp là 3 bộ lọc thông cao RC; và phải đáp ứng 2 điều kiện theo tiêu chuẩn Barkhausen là tổng
độ lệch pha trong 1 vịng kín phải bằng 360 độ và độ lợi trong 1 vịng kín bằng 1.

[Sơ đồ khối mạch dao động dịch pha]
Trước hết, về phần hồi tiếp:
Câu hỏi đặt ra tại sao ta cần dùng bộ 3 lọc thông cao RC chứ không phải 4 hay 5? Để hiểu
được điều đó, ta xét trường hợp đơn giản nhất - mạch chuyển pha chỉ sử dụng 1 điện tở và 1 tụ
điện mắc nối tiếp như hình vẽ.


Theo lý thuyết đã học lớp 12 về mạch RC, sự sụt giảm trên điện trở cùng pha với dòng
điện còn trên tụ điện sẽ trễ pha 90 độ so với dòng điện, nên khi vẽ giản đồ vecto và tổng hợp 2
vector, ta sẽ thi được góc lệch alpha. Trong trường hợp lý tưởng, ta có thể tạo ra độ lệch pha
gần 90 độ nhưng trong thực tế thì nó ít hơn nhiều do tụ điện khơng phải lý tưởng. Chính vì
vậy, ta cần điều chỉnh giá trị R và C để độ lệch pha đạt được là 60 độ và sử dụng tới 3 bộ lọc
thông RC để tổng độ lệch pha là 180 độ, cộng với độ lệch pha ở khối khuếch đại đảo sẽ được
360 độ => Thỏa mãn điều kiện cần.
Trong phần khuếch đại:
Một bóng bán dẫn được sử dụng như phần tử tích cực và điểm hoạt động của bóng bán
dẫn được thiết lập bởi các điện trở và điện áp cung cấp Vcc.
Hoạt động
Khi nguồn được cung cấp, điện áp nhiễu bắt đầu dao động trong mạch. Dòng điện cực B ở
bộ khuếch đạo tạo ra độ lệch pha 180 độ cho dòng điện. Tín hiệu đã bị lệch pha này được phản
hồi và bị lệch pha thêm 180 độ và tổng sẽ là 360 độ lệch pha. Khi độ lợi vòng là 1 thì dao

động duy trì sẽ được tạo ra

3. Đánh giá

Mạch dao động dịch pha RC là mạch dao động điện tử tạo ra sóng sin, trong bào này được
thiết kế bằng sử dụng bóng bán dẫn. Mạch dùng hồi tiếp dương có ưu điển làm tân tín hiệu
ngõ vào của mạch khuếch đại, khiến độ lợi mạch khuếch đại tăng tuy nhiên thì độ lợi mạch
khơng ổn định.


Mạch dao động dùng BJT phụ thuộc vào các yếu tố bất ổn như sự thay đổi nhiệt độ, điện
áp nguồn cung cấp, điện dung kí sinh của transistor,… dẫn tới sự bất ổn định của biên độ tín
hiệu ra cũng như tần số dao động. Chất lượng mạch dao động phụ thuộc vào: Sự ổn định của
nguồn cấp; thông số ổn định nhiệt của mạch; tần số dao động của mạch phải khơng có sự ảnh
hưởng của điện dung kí sinh bên trong transistor.
Do vậy, việc sử dụng Transistor để tạo dao động dịch pha RC:
- Chỉ ổn định cho các tần số thấp
- Yêu cầu mạch bổ sung để ổn định biên độ dạng sóng.
- Độ chính xác của tần số không tuyệt đối
- Hiệu ứng tải bất lợi, càng nhiều bộ lọc xếp tầng sẽ càng ảnh hưởng tới độ chính xác
của tần số dao động dịch pha thực tế so với tính tốn
Chính vì những ưu/nhược và đặc điểm của mạch, mạch dao động dịch pha RC thường
được sử dụng như bộ tạo dao động âm thanh. Ngồi ra cịn được ứng dụng trong biến tần sóng
sin, tổng hợp giọng nói, GPS, nhạc cụ


Thiết kế mạch nguyên lý
1. Tạo file nguyên lý
Để tạo mạch nguyên lý (Schematic), ta sử dụng phần mềm Capture CIS của Orcad 18.
Sau khi cài đặt Orcad, tiến hành chạy ứng dụng Capture CIS bẳng cách click chuột trái

Sau khi giao diện của Capture CIS hiện lên, tiến hành chọn File/New/Project

Hộp thoại New project xuất hiện, mục Name điền tên của file schematic và phần Location
bấm Browse để chọn vị trí lưu file nguyên lý


Vậy là ta đã tạo xong 1 file mạch nguyên lý và có các vùng như sau (tùy phiên bản Orcad
có thể khác phần vùng cửa sổ điều chỉnh khác,..)

2. Thêm thư viện và linh kiện vào mạch nguyên lý
Để sử dụng và thêm linh kiện được, ta cần add thư viện. Chọn Place part
ở thanh
công cụ bên phải. Hộp thoại Place Part hiện lên. Chọn Add Library để thêm thư viện và chọn tất
cả những thư viện cần thêm, sau đó bấm Open là ta đã thêm thư viện thành công


Tiếp theo, chúng ta tiến hành lấy những linh kiện cần sử dụng, cụ thể như bảng sau
Linh kiện
IC LM7805
Tụ điện
Điện trở
Transistor

Part
LM7805
CAP
R
2N1069

Library
ANALOG2
DISCRETE
DISCRETE
TRANSISTOR

Số lượng
1
5
6
1

Để lấy linh kiện, ta chọn thư viện tương ứng ở mục Libraries và nhập keyword vào phần
Part, sau đó click chuột phải để lấy linh kiện và click chuột phải vào vùng làm việc để thêm linh
kiện vào mạch nguyên lý.



Để lấy mass, ta chọn Place ground ở thanh công cụ bên tay phải rồi chọn CAPSYM ở mục
Libraries và chọn GND ở mục Symbol. Sau đó bấm OK và click chuột trái để thêm mass.


Sau khi tiến hành lấy linh kiện, ta được màn hình làm việc như hình dưới. Sau đó tiến
hành xoay các linh kiện bằng phím tắt R và H.

3. Đi dây linh kiện
Tiến hành đi dây, ta chọn Place wire ở thanh công cụ bên tray phải


Để dễ nhìn cũng như theo dõi, ta tiến hành đổi tên linh kiện, thêm giá trị,.. bằng cách chọn

linh kiện cần sửa rồi click chuột phải chọn Edit propertie và thay đổi thơng số/tên/chi tiết. Sau
khi hồn thành tất cả, ta thu được mạch nguyên lý như sau:

4. Kiểm tra và chuẩn bị cho file PCB
Để tạo bản mạch in PCB, ta cần phải có file “.mnl” trước. Ở vùng bên trái màn hình, chọn
vào file đang thực hiện, sau đó click Design rules check ở thanh cơng cụ phía trên. Hộp thoại
Design Rules check hiện lên, chọn các nhu cầu về quy định như ảnh và bấm OK.


Nếu có lỗi sẽ được báo về trong cửa sổ Session Log, ta sẽ sửa những lỗi được báo lại. Nếu
mạch đã đúng thì ta tiến hành làm bước tiếp theo. Chọn Creat nestlist
trên thanh cơng cụ
phía trên, hộp thoại Creat Nestlist hiện lên, chọn Layout và bấm Browse để chọn vị trí lưu file
“.mnl” rồi click OK



Thiết kế mạch in PCB
1. Tạo file PCB
Chúng ta dùng phần mềm Layout của Orcad 18 để tạo mạch in PCB.

Mở phần mềm và chọn File/New.

1 cửa sổ hiện lên yêu cầu chúng ta chọn template cho file, ta thường chọn file mặc định
DEFAULT.TCH. Tiếp theo cần thêm nguồn danh sách cái đường dây (file .mnl ta đã tạo lúc
trước), trỏ tới địa chỉ khi nãy ta lưu file .mnl và bấm Open. Cửa sổ tiếp theo giúp chúng ta
chọn vị trí lưu file PCB, tên file (.max). Sauk hi hoàn thành bấm Save.


2. Thêm footprint cho linh kiện và đi dây

Sau khi tạo được file .max, sẽ có cửa sổ hiện lên yêu cầu thêm footprint cho những linh
kiện lần đầu sử dụng (những linh kiện đã sử dụng và đã được thêm footprint sẽ tự động lưu lại
cho những lần sau)


Nếu muốn tạo footprint mới hoặc chỉnh sửa footprint đã có sẵn khi khơng có chân nào có
sẵn phù hợp với linh kiện, click Create or modify footprint library. Còn bấm Link existing
footprint to component để thêm footprint đã có sẵn vào linh kiện. Ở đây em chọn Link existing
footprint to component và thêm các file ở các thư viện như bảng dưới
Linh kiện

Tên

Thư viện

IC LM7805
Tụ điện
Điện trở
Transistor

TO202AA
CYL/D.150/LS.125/.031
AX/.350X.100/.031
TO225AA

TO
TM_CYLND
TM_AXIAL
TO

Sau khi thêm hết chân, ta sẽ có màn hình làm việc như sau


Để xóa (bấm Delete), xoay (phím tắt R),… các chữ, ta chọn Text tool
ở thanh cơng cụ
phía trên. Sau đó để thay đổi vị trí, xoay các linh kiện, ta chọn Component tool ở thanh cơng
cụ phía trên và tiến hành chỉnh vị trí các linh kiện và chuẩn bị cho đi dây, được hình như
dưới

Để đi dây, ta cần xác định mình sẽ sử dụng lớp vẽ mạch in nào, chúng ta chọn View
Spreadsheet

rồi chọn theo thứ tự Strategy/Route Layer

Đây là mạch cơ bản, không quá phức tạp, nên ta chỉ cần in 1 lớp. Ở đây chọn lớp TOP hay
BOTTOM đều được, ở đây em chọn BOTTOM. Chọn lớp nào thì chỉ những ơ của lớp đấy mới
Yes, còn lại chỉnh No cột Enable bằng cách chọn các ô cần đổi, và bấm tổ hợp phím Ctr+E,và
bỏ tíc ở Routing Enabled để đổi thành NO. Bấm OK để hoàn tất


Cuối cùng, ta thu được bảng sử dụng các lớp như ảnh

Tiếp theo, chọn tab View Spreadsheet
các đường dây.

rồi vào Nets để tùy chỉnh kích thước, độ rộng


Nên chỉnh các đường mass độ rộng to hơn các đường tín hiệu. Ở đây em lấy độ rơng các
đường tín hiệu là 20 và Mass là 30. Để điều chỉnh độ rộng, trong cột Width Min Con Max, ta

bấm chọn các đường ta cần điều chỉnh và bấm tổ hợp phím Ctr+E để thay đổi số liệu phần
Min Width, Conn Width và Max Width trong hộp thoại Edit Net như hình dưới đây.

Ta được bảng các đường đi dây như hình dưới là được


Chúng ta bắt đầu đi dây. Ta có thể tự đi dây thủ công bằng cách chọn Add/Edit Route
Mode
ở thanh cơng cụ phía trên hoặc chọn chế độ đi dây tự động bằng cách vào tab
Auto/Autoroute/Board và máy sẽ tự động đi dây. Nếu còn dây nào chưa được đi hết hoặc cần
chỉnh sửa lại chỗ nào, ta chọn Edit Segment Mode và bấm chuột trái vào chỗ cần sửa.

Sau khi đi dây xong, ta thu được mạch như hình


3. Phủ đồng và làm đường biên
Bước cuối cùng là cần phủ Mass để chống nhiễu, tạo đường biên cho bo mạch, thêm chú
thích nếu cần thiết,… Đầu tiên, để thêm chú thích ta chọn Text Tool
ở thanh cơng cụ phía
trên, chuột phải vào màn hình làm việc và bấm New sau đó tiến hành thêm chú thích ở cửa sổ
Text Edit mới hiện ra. Để phủ đồng mạch in, ta chọn Obstacle Tool
ở thanh cơng cụ phía
trên. Trỏ chuột vào màn hình làm việc và bấm chuột phải, chọn New sau đó bấm tổ hợp phím
Ctr+E để cửa sổ Edit Obstacle hiện lên. Ta chỉnh số liệu các mục như ảnh dưới đây và bấm
OK sau khi hoàn tất.

Sau đó ta kéo chuột theo đường chéo phần muốn phủ Mass, sau khi thả chuột là đã phủ
mass thành công. Tiếp theo ta tiến hành vẽ đường biên mạch bằng cách chọn Obstacle Tool
ở thanh cơng cụ phía trên. Trỏ chuột vào màn hình làm việc và bấm chuột phải, chọn
New sau đó bấm tổ hợp phím Ctr+E để cửa sổ Edit Obstacle hiện lên và chỉnh các thông số

như trong ảnh rồi bấm OK


Ta lại tiếp tục kéo chéo chuột để vẽ phần khung và thả khi hoàn tất. Cuối cùng ta thu được mạch
như sau


Sau cùng, trước khi lưu và đi in mạch, ta kiểm tra lại lần cuối xem có lỗi gì, hay sai sót gì với bản
mạch in khơng bằng cách chọn Design Rule Check
ở thanh cơng cụ phía trên. Nếu cửa sổ lên
thông báo “No errors found” như dưới là ta đã hồn tất, cịn nếu báo lỗi, hãy tiến hành sửa lỗi và
kiểm tra lại.


Kết luận
1. Những điều đã học được
Qua học phần “Thực tập cơ bản” cùng thầy Vinh, em đã thu được cho mình những kiến
thức cũng như kĩ năng mới cần thiết cho người kĩ sư:
- Biết cách sử dụng phần mềm Orcad và Altium để thiết kế mạch nguyên lý cũng như
mạch in
- Tiếp cận nhiều hơn với các loại mạch trong quá trình tìm hiểu về cách sử dụng các
phần mềm
- Hiểu tổng quan và sơ qua về cách làm việc của mạch dao động dịch pha RC và các
ứng dụng của nó
- Biết các bước làm báo cáo kỹ thuật và quản lý thời gian

2. Những điều còn thiếu sót
-

Ban đầu em muốn tra datasheet trên trang alldatasheet để tự tạo footprint mới cho các

linh kiện xong do thời gian giới hạn nên em chưa thể hoàn thành được việc này
Đi dây và sắp xếp linh kiện vẫn chưa quá tối ưu

3. Lời cảm ơn và cam kết
Để hồn thành bài báo cáo này, em có tham khảo 1 vài tài liệu nước ngoài trên mạng và 1
quyển giáo trình, bài của anh/chị khóa trước do thầy gửi như em đã liệt kê ở mục tài liệu
tham khảo. Cịn lại em xin cam kết tồn bộ mạch, cũng như các hình ảnh khác là của cá nhân
em và không thuộc sở hữu của ai khác
Em xin chân thành cảm ơn Ths. Vũ Hồng Vinh đã hướng dẫn em và các bạn cùng lớp
trong học phần “Thực tập cơ bản” nói chung và trong phần thiết kế mạch in nói riêng để em
có thể hồn thiện bản báo cáo và củng cố những kỹ năng cần thiết. Bài báo cáo của em
khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, vậy nên em rất mong sẽ nhận được lời nhận xét của
thầy sau khi xem báo cáo để em có thể hoàn thiện hơn nữa và rút kinh nghiệm.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên
Nguyễn Phương Linh